基于DeviceNet的小區(qū)監(jiān)控解決方案

一.引言

　　智能建筑是信息時(shí)代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。將4C技術(shù)（即Computer計(jì)算機(jī)技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)、CRT圖形顯示技術(shù)）綜合應(yīng)用于建筑物之中，在建筑物內(nèi)建立一個(gè)計(jì)算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò)，使建筑物的設(shè)備智能化，結(jié)合現(xiàn)代化的服務(wù)與管理方式，給人們提供一個(gè)安全、舒適的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境空間，是智能建筑追求的目標(biāo)。

　　電梯、供水、供電、防盜、防火、家庭水煤電用量監(jiān)測等設(shè)施是小區(qū)智能化的重要組成部分。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)商務(wù)或居住小區(qū)分散的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，是提高小區(qū)設(shè)備運(yùn)行可靠性的有效途徑。DeviceNet（設(shè)備網(wǎng)）是低成本、高可靠性、基于連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具有強(qiáng)大的通信功能，提供在多種應(yīng)用之間交換信息的路徑，可以在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間傳送I/O數(shù)據(jù)。

　　本文討論了采用DeviceNet主單元和PLC共同實(shí)現(xiàn)電梯控制，完成與上位機(jī)通信和信號(hào)傳輸（簡稱方案1）和小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測都采用DeviceNet現(xiàn)場總線的解決方案（簡稱方案2）。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和目前通用的小區(qū)監(jiān)控方案相比，不僅可以節(jié)省遠(yuǎn)程控制器的I/O接點(diǎn)和大量電纜，而且，便于軟件設(shè)計(jì)和硬件的備用。文中討論了通過遠(yuǎn)程通信的冗余方式解決電梯運(yùn)行可靠性和安全性的問題。

二.小區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　目前，小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)主要是用傳統(tǒng)的集中式可編程控制器。與其配套的小區(qū)計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)大多是采用分布式監(jiān)控的方案，例如，利用LonWorks、ProfiBus、DeviceNet等現(xiàn)場總線技術(shù)，采集小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及防盜、防火、家庭水煤電用量等信號(hào)。也就是說，小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測是基于兩套相互完全獨(dú)立的系統(tǒng)。雖然這種方案不影響小區(qū)建筑設(shè)施的控制和檢測，但是，顯然它需要重復(fù)的I/O接點(diǎn)和接線，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。電梯是小區(qū)智能建筑的重要組成部分，電梯的運(yùn)行正常與否，直接影響到小區(qū)居民的日常生活。在小區(qū)建設(shè)中，為了確保居民生活的安全、高效、舒適便利，一般都采用雙梯或多梯運(yùn)行。同時(shí)，在線監(jiān)測電梯設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)突發(fā)情況做出實(shí)時(shí)處理。這種控制和監(jiān)測都利用PLC的方案，使得PLC在小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中扮演了重要的角色。它的特點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，系統(tǒng)各個(gè)檢測信號(hào)直接輸入PLC，便于PLC及時(shí)做出判斷和處理。但是，在這種情況下，系統(tǒng)的連線很多，占用較多的I/O點(diǎn)，安裝成本高，施工不便，工程量大，容易出錯(cuò)，而且一旦出現(xiàn)故障，也難以排除。同時(shí)，PLC還要和上位機(jī)通信，進(jìn)行信息交換，以使監(jiān)控系統(tǒng)獲得控制系統(tǒng)的運(yùn)行信息，這樣對(duì)CPU的要求較高。而且，在同一個(gè)控制系統(tǒng)中，需要采用同一個(gè)廠商的相關(guān)產(chǎn)品，缺少多供貨商同類產(chǎn)品之間的兼容性和互換性。基于上述的問題，本文首先討論采用DeviceNet主單元和PLC共同實(shí)現(xiàn)電梯控制，完成和上位機(jī)的通信和信號(hào)傳輸。

三、DeviceNet單元和PLC的通信

　　DeviceNet是一種低成本的通訊總線鏈接，具有開放現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和協(xié)議都是開放的。DeviceNet將控制和數(shù)據(jù)融合在一起，信息具有數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)區(qū)，網(wǎng)絡(luò)利用標(biāo)識(shí)區(qū)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)仲裁，可以高效傳送I/O數(shù)據(jù)。DeviceNet有兩種不同類型的消息：I/O消息和顯式消息（ExplicitMessage）。顯式消息用于兩個(gè)設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)消息傳遞，是典型的請(qǐng)求/響應(yīng)方式，常用于設(shè)備主參數(shù)、節(jié)點(diǎn)的配置、故障診斷數(shù)據(jù)等。顯式消息可以在不同公司的設(shè)備間進(jìn)行通信，I/O消息適用于實(shí)時(shí)性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程I/O通信功能使得在從單元和安裝主單元的CPU之間能自動(dòng)地傳送I/O數(shù)據(jù)，對(duì)于需要位數(shù)據(jù)又需要信息數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用，非常適合采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。其典型的應(yīng)用如圖1所示：

圖1DeviceNet典型應(yīng)用圖示

　　主DeviceNet單元作為特殊I/O單元，和CPU的通信非常方便，比如，OMRON公司的C200HG和CJ系列的CPU和OMRON公司的DeviceNet的主單元C200HW-DRM21-V1間的通信，只需利用PLC本身具有的豐富的數(shù)據(jù)傳送指令，即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，而不需編寫特別的程序。本文以C200HW-DRM21-V1主單元與傳感器終端模塊DRT1-ND16S間的通信為例說明。

　　在組網(wǎng)時(shí)，首先通過主單元上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)置主單元的單元號(hào)（即MACHINENO.）,通過DIP開關(guān)設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)（即NODENO.），以及通信的波特率。波特率不同的單元間不能通信，否則系統(tǒng)會(huì)出錯(cuò)，并給出提示。主單元的單元號(hào)可以設(shè)置為十六進(jìn)制的0～F。主單元和從單元的節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置為0～63。主單元的DIP開關(guān)除了設(shè)置波特率外，還需設(shè)置通信出錯(cuò)時(shí)通信是否停止。各單元設(shè)置好以后，在PLC的內(nèi)存區(qū)中有對(duì)應(yīng)的字（見表1和2）來實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制，不需要編程，在系統(tǒng)上電后各個(gè)單元會(huì)自動(dòng)地被寫入掃描表，從而完成網(wǎng)絡(luò)連接。比如，設(shè)置主單元的單元號(hào)為1，則其對(duì)應(yīng)的軟件開關(guān)和狀態(tài)區(qū)分配的字為IR110～I(xiàn)R119和DM6034～6035。如果把主單元C200HW-DRM21-V1的節(jié)點(diǎn)號(hào)設(shè)置為8，則在CPU單元的I/O存儲(chǔ)區(qū)中為從單元分配字地址：輸出區(qū)為IR58，輸入?yún)^(qū)為IR358。不同的節(jié)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于不同的字地址。這樣，CPU對(duì)各個(gè)單元的讀寫操作就是讀寫存儲(chǔ)區(qū)，可以直接利用PLC本身的指令系統(tǒng)。C200HG系列PLC的每個(gè)主單元可以有多個(gè)從單元，能控制相當(dāng)多的現(xiàn)場設(shè)備，可以方便地在PLC和從單元之間的遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行通信，也可以在OMRONPLC之間、OMRONPLC和從單元及其兼容產(chǎn)品之間進(jìn)行通信。在小區(qū)的監(jiān)控中，水煤電等儀表的信號(hào)也可以接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)讀取和工況監(jiān)測。相應(yīng)地，要求它們具有DeviceNet接口。